[發明專利]一種基于多核系統任務分配的負載均衡方法

無效

• 申請號: 201210149867.4
• 申請日: 2012-05-15
• 公開（公告）號: CN102681902A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 田翔;韓業強;陳耀武
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于計算機多核技術領域，具體涉及一種基于多核系統任務分配的負載均衡方法。

背景技術

在信息技術、人工智能技術和分布式并行計算技術飛速發展的今天，高性能數據處理系統在電信、金融、工業和醫療等眾多領域得到了廣泛應用。未來將是一個高效的數字化社會，信息量、計算量和復雜度迅速膨脹，大量的語音、數據、圖像等信息需要計算機進行高速實時感知和處理。

多年來，處理器性能的提升主要依賴于工作頻率的提高，然而由于受到功耗及發熱等因素的影響，這種做法已接近極限。在此背景下，多核處理器應運而生，并得到迅速發展，可以預見，通過增加片內處理器核的個數來提升處理器整體性能的做法將成為未來處理器發展的主流方向。

隨著多核處理器在大規模并行數據處理系統中應用，計算性能的提高將更依賴于處理器核數量的提升。為了充分利用這些數量龐大的處理器核，應用程序的進程/線程個數也將大幅增加；同時多核處理器也使并行系統的層次結構變得更為復雜，給傳統的進程/線程分配和調度帶來挑戰，從而使多核處理器在快速應用以及發揮最大性能優勢方面遇到了阻礙。

為了有效利用多核處理器，提高任務并行處理能力和吞吐量，負載平衡是一種能夠通過恰當的任務分配與調度來進行資源優化利用，實施并行計算，提高計算機吞吐量和縮短任務響應時間的技術；傳統的多核處理器負載平衡采用靜態任務分配來實現。

靜態任務分配是在程序運行前就決定好任務的劃分和分配。二次均分法是最常用的靜態任務分配方法，將總任務按照參與計算的機器數量進行均分后分配給各臺計算機。這種方法的實現代碼都比較簡單，適用于一般并行計算的環境。但是如果參與計算的各計算機能力相差較大，則計算時間取決于最慢那臺計算機的處理時間，使得并行數據處理能力大大降低。

在典型的云計算系統中，資源負載均衡是為了保障云計算系統中各個處理單元的計算量與自身性能之比盡量相等，從而提高資源的利用率。若云計算系統中某個處理單元負載過重，會導致無法繼續提交任務結果。若其中某個處理單元負載過輕，會導致資源閑置。在云計算的軟件任務處理過程中，由于處理單元的能力不對稱，任務分配方式沒有實時負載監控，負載結果無法及時反饋到負載均衡器進行負載調整。

公開號為CN102063339A的中國專利公開了一種基于云計算系統的資源負載均衡的方法，其通過量子遺傳模擬退火的方法，計算運算單元負載權值，實現系統資源的負載均衡。將種群隨機交叉遺傳單元，在變異生成的種群中選取優選個體，然后將優先個體組成新的種群。遞歸經過幾代的進化，可以獲得相對均勻的資源負載率。在對稱多核處理器平臺上，處理單元的負載和任務完成度實時回饋到負載均衡器，用以指導任務再分配，實現整個系統負載均衡的時間與任務的規模成正比快速收斂；但是，由于通過交叉變異產生優良的穩定優質的進化后代存在一定的概率，負載均衡需要在一定的迭代次數以后。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種基于多核系統任務分配的負載均衡方法，通過實時動態監測各核的負載率，有效地提高了資源負載的均衡效率。

一種基于多核系統任務分配的負載均衡方法，所述的多核系統包括一個主控子系統和多個數據處理子系統，所述的數據處理子系統包括多個多核處理器，所述的多核處理器具有多個內核；該方法包括如下步驟：

（1）獲取待分配的各任務的運算量，并將各任務按流程進行排序；

（2）主控子系統實時監測多核系統的負荷信息，并根據任務的次序和運算量將所有任務在多核系統中進行預分配；

多核系統的負荷信息包括各數據處理子系統的負載率、各多核處理器的負載率以及各內核的負載率；

（3）主控子系統根據多核系統的負荷信息，按多核系統的層次不定時地對任務進行均衡劃分。

所述的步驟（1）中，將各任務按流程進行排序的原則為：判斷任一任務所需處理的數據的來源，若數據來源于其他任務處理后的輸出，則所對應的這些其他任務并列排在該任務之前。

所述的步驟（2）中，將所有任務在多核系統中進行預分配的過程為：首先，根據任務的次序將所有任務分配給各數據處理子系統；然后，根據任務的次序將數據處理子系統分配到的所有任務分配給數據處理子系統中的各多核處理器；最后，根據任務的次序和運算量將多核處理器分配到的所有任務分配給多核處理器中的各內核進行處理。